Диссертация (1097947), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

71а). Присутствие полос молекулыокисла азота NO и OH -радикала объясняется наличием загрязнений в разрядных системах.Спектры разрядов в интервале длин волн λ= 320–382 нм характеризуются присутствием полоссеквенций Δv =0, -1, -2 N2  C3Πu  B3Πg  .В газовых разрядах постоянного тока наблюдаемая интенсивность полосы перехода (0–0,λ= 391.44 нм) является слабой относительно интенсивностей полос первой и второйположительной системы азота. Спектр газовых разрядов в диапазоне длин волн λ= 382–500 нмпредставлен переходами: секвенций Δv =-3, -4, и -6 N2  C3Πu  B3Πg  . Спектры разрядов длядлин волн свыше 500 нм, преимущественно, состоят из полос, относящихся к переходамсеквенций Δv =+6, +5, +4, +3 и +2 первой положительной системы N2  B3Πg  A3Σu+  азота (рис.73).

Полосы N2  B3Πg  A3Σu+  спектрально переналагаются в пределах каждой из секвенцийΔv =+2, +1, 0, -1, -3, -4 и v  +6, +5, +4, +3, +2, соответственно.Рис.74. Зависимость интенсивностиизлученияN 2  C 3  u  B 3 g иN2  B 2u  X 2g  от силы тока в ПС ТПРТпри давлении 20 Тор и расходе газаQsum  7.96 л/ч: 1 - (4–6), 2 - (3–5), 3 - (2–4), 4- (1–3) и 5 - (0–2 ) N2  C 3u  B3 g  ; 6 - (0–0) N2  B 2u  X 2g  .Спектральный состав излучения слабо изменяется во всем диапазоне исследуемыхдавлений от 3 до 30 Тор.

Интенсивности полос N2  C3Πu  B3Πg  , свободных от спектральногопереналожения, возрастают с увеличением силы тока (рис. 74).179Рис.75.диссертации,Измеренныесогласноирассчитанные,модели[389–399],вФРКУмолекул азота в возбужденном состоянии C 3 u в ПСТРПТ в азоте.

Сила тока равняется 50 мА. (а) p=3.5Тор, E/N=80 Тд (б) p=9.5 Тор, E/N=60 Тд (в) p=7.5 Тор,E/N=45 Тд.Во всем диапазоне исследуемых давлений от 3 Тор до 30 Тор, рассчитанные методаминеразрешенной вращательной и частично разрешенной колебательной структуры, чередованияинтенсивностей полос, соответствующих переходам секвенций Δv =-1, -2 N2  C3Πu  B3Πg  иΔv =+3, +4 N2  B3Πg  A3u  , удовлетворительно описывают измеренные спектры разрядов(рис.

72 и рис. 73).ФРВУ молекул азота в состояниях C3Π u и B3 Πg при расчетах удовлетворительноаппроксимируютсяформулойБольцманастемпературамиTrot C3Π uиTrot B3Π g ,соответственно. Их значения согласуются в пределах погрешности определения. Например,значения Trot  C3Π u  и Trot  B3Π g  при давлении 15 Тор и силе тока 30 мА равны 1100±300 К и800±250 К, соответственно.

В диапазоне низких давлений от 3 Тор до 10 Тор, значенияTrot C3Π uи Trot  B3Π g  , в пределах погрешности их определения, совпадают со значениямивращательной температуры Trot  X1g  и поступательной температуры, измеренными методамиспектроскопии КАРС [424–427, 564–577] и ОИ [564, 565, 567, 570, 572, 574] (таблица 2,параграф 1.1, глава 1).

В диапазоне средних давлений (10–30 Тор), в контрагированном разрядепостоянного тока, времена вращательной релаксации τ R состояний C3Π u и B3 Πg меньше, чемих времена жизни τ e ( e = B3 Πg , C3Π u ) и пребывания t p молекул азота в разрядах постоянноготока. С ростом силы тока при постоянном давлении увеличивается удельная мощность,поглощаемая плазмой.

В этом случае Tg должна увеличиваться. Подобная зависимость отудельной мощности ( WL =2.2–10.3 Вт/см), приходящейся на единицу длины газового разрядапостоянного тока наблюдается для Trot  C3Π u  (рис. 31, параграф 1.1, глава 1). Значениявращательных температур лежат в диапазоне 1100–1700 К при изменении силы тока от 30 мА180до 80 мА и p =15–25 Тор.

Они находятся в удовлетворительном согласии с результатамиизмерений значений Trot  X1Σg+  и поступательной температуры методами спектроскопии КАРСи ОИ [564, 565, 567, 570, 572, 574]. Всё это свидетельствует о том, что вращательныетемпературы Trot  C3Π u  и Trot  B3Π g  совпадают с поступательной температурой Tg в диапазонесредних давленийРис.

75 иллюстрирует, что ФРКУ молекулы азота в возбужденном состоянии C 3 u ,измеренная методами ЭС в ПС ТРПТ при низких давлениях (3 – 10 Тор), отличается отфункции распределения Больцмана. ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3 u , измеренная вдиссертации, совпадает с результатами её измерений в [1215], которые были выполнены вбезэлектродном ВЧ разряде индуктивно-емкостного типов (рис. 69а). ФРКУ молекул азота поvC =0–3 в состоянии C 3  u во всем диапазоне исследуемых условий ПС ТРПТ хорошоаппроксимируетсяраспределениемБольцмана.ОднакоколебательныйуровеньvC =4оказывается недозаселенным по сравнению с заселенностями колебательных уровней vC =0–3.Наблюдаемое в эксперименте недозаселение пятого колебательного уровня, возможно, связанос ростом погрешности измерения интенсивности излучения из-за малости сигнала.Абсолютные значения концентраций N vC молекулы азота для уровней vC =0–4 состоянияC 3  u изменяются в диапазоне от 105 – 109 см-3 и согласуется с результатами [133, 141].КолебательнаятемпературавозбужденияTvC C 3u ,соответствующаяпервымтрёмколебательным уровням vC =0–3, лежит в диапазоне от 5600 К до 6200 К и слабо изменяется сувеличением давления от 3 до 10 Тор.Рис.76.

Распределение молекул азота по колебательным уровням в ПС- ТРПТ приобъемном расходе 8 л/ч (силе тока 50 мА) и давлении 15.0 Тор. Точки - эксперимент. СостояниеC3 Π u (a): 1 - секвенция Δv =-1; 2 - секвенция Δv =-2. Линии - расчет значений ln N vC /N vC =0 поформуле Больцмана при Tv  C3 Πu  =3940 К. Состояние B3 Πg (б): 1 - секвенция Δv =+3; 2 Cсеквенция Δv =+4.181Колебательная температура Tv  X 1g  , восстановленная с использованием уровневойСИМ [389–399] изменяется в диапазоне 4000–4150 К.

Удовлетворительное согласие значенийTv X 1g , полученных методами спектроскопии КАРС и ЭС (таблица 2, подпараграф 1.1, глава1) свидетельствует в пользу того, что в ПС ТРПТ заселение колебательных уровней состоянияC 3 uпроисходитпреимущественноврезультатепрямогоэлектронногоудараизколебательных состояний основного состояния X 1 g (процесс 10.0, табл. 3, параграф 1.3), а ихдезактивация происходит в результате радиационного распада (процесс 19.0, табл. 3, параграф1.3). Вклад вторичных процессов, в частности реакции с участием молекул азота вметастабильном состоянии A3  u , в заселение состояния C 3  u (процессы 31.0 – 40.0, табл. 3,параграф 1.3) является незначительным и маскируется процессом, описывающим заселениесостояния C 3  u прямым электронным ударом.

ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u ,измеренные в диссертации при низких давлениях, отличается от соответствующих в ТРПТ[1213, 1314] (рис. 69б и 69в). Различие обусловлено механизмов формирования колебательныхуровней состояния C 3  u . В ПС ТРПТ [1213, 1214], в образовании молекул азота на уровняхvC  1 существенную роль играют вторичные процессы с участием молекул азота вметастабильном состоянии A3  u (процессы 31.0 – 40.0, табл.

3, глава 1).В диапазоне средних давлений (10 – 30 Тор) измеренные распределения относительныхзаселенностей по колебательным уровням состояния C3 Π u описываются формулой Больцмана(рис.76а).ВеличинатемпературыTvC C3Πu ,соответствующейбольцмановскомураспределению заселенностей уровней vC =0 – 4, составляет приблизительно 3940–4190 К(погрешность 12%).

Она заметно выше, чем значение температуры Tv  X1Σg+  , соответствующейосновному состоянию X1Σ g+ молекулы азота. Tv  X1Σg+  лежит в диапазоне 1900–2200 К(погрешность 14%) и слабо изменятся с увеличением давления (табл. 2, параграф 1.1, глава 1).ФРКУ молекулы азота v B = 3 – 12 состояния B3 Πg отличаются от распределенияБольцмана (рис.

76б). Для колебательных уровней v B =3 и v B =4 наблюдается плато.Заселенности уровней v B = 5 – 11 монотонно уменьшаются с увеличением номера уровня v B .Они удовлетворительно описываются формулой Больцмана. Для описания поведениязаселенностей, соответствующих данным колебательным уровням, можно вести понятиетемпературы возбуждения TvB  B3Πg  . Значение TvB  B3Πg  не изменяется с увеличением силытока в пределах погрешности её определения. Оно составляет 4900–5230 К (погрешность 10%).1822.2.3. Резонаторный СВЧ разряд: спектральный состав излучения, функциираспределения по электронно - колебательно - вращательным уровням молекулы и ионаазота в электронно-возбужденных состоянияхСхема установки для исследований ФРКУ молекул азота в возбужденном состоянииC 3 u в резонаторном СВЧ разряде [1305] методами ЭС приведена на рис.

63.Рис.77. Расчетный (сплошная линия) и измеренный (точки , соединенные пунктирнойлинией) спектры N2  C 3u , vC  B3 g , vB  и N 2 ( B 2u   2g ) в диапазоне длин волн 420 –450 нм. СВЧ разряда в резонаторе в азоте при давлении 1 Тор и Pabs=0.4 Втсм-3.

Точки обозначают расчетный парциальный спектр N 2 ( B 2u   2g ) , формирующий суммарныйрасчетный спектр (сплошная линия). Спектр записан с помощью спектрометра КСВУ – 23.ВрезонаторномСВЧразрядемощность,генерируемаямагнетроннымсверхвысокочастотным генератором непрерывного действия, работающим на частоте 2.45 ГГц(=12.6 см), подводилась к разрядной полости с помощью прямоугольного волноводного трактасечением 7234 мм2.

Характеристики

Список файлов диссертации